(57)【要約】【課題】コンクリート構造物に発生したひび割れを、人的な補修等を施す必要なく、発生したひび割れを自己修復することができ、コンクリート構造物の長期耐久性を高めることができる、ひび割れ自己修復コンクリート材料及び当該コンクリート材料を使用した、コンクリートのひび割れ自己修復方法を提供する。【解決手段】セメント材料、アルカリシリカ反応性物質、アルカリ金属、細骨材及び粗骨材を含むコンクリート材料であって、細骨材とアルカリシリカ反応性物質の含有比が質量比で８０：２０〜５０：５０であり、該アルカリ金属は、セメント材料１００質量部に対して０．５〜２．０質量部の割合で含有される、ひび割れ自己修復性コンクリート材料である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント材料、アルカリシリカ反応性物質、アルカリ金属及び細骨材を含むコンクリート材料であって、細骨材とアルカリシリカ反応性物質の含有比が質量比で８０：２０〜５０：５０であり、該アルカリ金属は、セメント材料１００質量部に対して０．５〜２．０質量部の割合で含有されることを特徴とする、ひび割れ自己修復性コンクリート材料。
【請求項２】
請求項１記載のひび割れ自己修復性コンクリート材料において、粗骨材を含まない該コンクリート材料であるモルタルのＪＩＳ  Ａ  １８０４試験により得られた長さ変化率が０．０５〜０．０７％であることを特徴とする、ひび割れ自己修復性コンクリート材料。
【請求項３】
請求項１記載のひび割れ自己修復性コンクリート材料において、前記アルカリシリカ反応性物質は、アルカリシリカ反応性骨材又はガラスであることを特徴とする、ひび割れ自己修復性コンクリート材料。
【請求項４】
請求項１又は２記載のひび割れ自己修復性コンクリート材料において、前記アルカリ金属は、ナトリウム及び／又はカリウムであることを特徴とする、ひび割れ自己修復性コンクリート材料。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかの項記載のコンクリート材料を用いたコンクリート構造物のひび割れ部に水を供給することにより、アルカリシリカ反応を生ぜしめて、これにより該ひび割れ部を自己修復することを特徴とする、ひび割れ自己修復コンクリート材料を使用したコンクリートのひび割れ自己修復方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひび割れ自己修復コンクリート材料及び当該コンクリート材料を使用した、コンクリートのひび割れ自己修復方法に関し、特にコンクリート構造物の長期耐久性を確保するため、コンクリート構造物に発生したひび割れを自己修復することができる、ひび割れ自己修復コンクリート材料及び当該コンクリート材料を使用した、コンクリートのひび割れ自己修復方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コンクリートは、自然環境の下で、時間の経過に従い、次第にその表面から劣化が進行することが広く知られている。
特に、アルカリ骨材反応によるコンクリート構造物の劣化は、コンクリート中に含まれる骨材の種類によってアルカリ骨材反応が生じるためである。
【０００３】
具体的には、コンクリートの骨材には砂利等が使用されているが、これらの骨材の中には、コンクリート中に含まれるナトリウムやカリウム等のアルカリ金属と反応してアルカリ骨材反応を起こす骨材が存在する。
その結果、コンクリート中に含有される水酸化アルカリと砂や砂利などの骨材との間の化学反応によって生成するアルカリ・シリカゲルが、コンクリート中の余剰水を吸水し、それによって徐々にコンクリート内部が膨張し、かかる膨張圧力がコンクリート構造物の表面にひび割れを発生させ、当該ひび割れから、雨水が浸入したり、塩害を招いたりして、結局コンクリート構造物が劣化してしまい、崩壊させるに至る原因となっているのである。
特に、アルカリシリカ反応性を示す骨材を使用した場合には、コンクリート中のアルカリ性細孔溶液とその骨材の間で化学反応（アルカリ骨材反応）が生じ、コンクリート内部で局部的な容積膨張が発生して、ほとんどのコンクリート構造物にひび割れを発生させてしまっている。
【０００４】
かかる現象は、コンクリート構造物の構造欠陥に繋がるため、実際にコンクリート構造物に使用されるコンクリート材料用の骨材は、アルカリシリカ反応性の有無について予め確認されている。
この事前確認でアルカリシリカ反応性を示すことが明らかとなった骨材は、コンクリート用材料として使用することができないのが現状である。
【０００５】
実際のコンクリート製造物のアルカリ骨材反応が発生した場合には、アルカリ骨材反応抑制剤を注入する補修工法が存在する。
かかる補修工法の例として、特開２００６−２４８８７９号公報（特許文献１）や特開２００６−２７３６８０号公報（特許文献２）に、アルカリ骨材反応を抑制するとされる亜硝酸リチウムを含む補修材や特定の表面被覆剤をコンクリート表面に塗布、内部に注入することが開示されている。
【０００６】
しかし、上記補修工法は、鉄筋コンクリート構造物等のコンクリート構造物の供用期間を延長する上で重要であるが、コンクリート材料のイニシャルコストに比べて遥かに高いコストがかかり、コンクリート製造物の供用期間における維持管理費を大幅に増大させるという問題点がある。
また、コンクリート構造物のひび割れ等の劣化を定期的に管理して補修を行わなければならず、特殊な装置と補修期間が必要であったり、手間がかかったり煩雑であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２４８８７９号公報
【特許文献２】特開２００６−２７３６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、コンクリート構造物に発生したひび割れを、人的な補修等を施す必要なく、発生したひび割れを自己修復することができ、コンクリート構造物の長期耐久性を高めることができる、ひび割れ自己修復コンクリート材料及び当該コンクリート材料を使用した、コンクリートのひび割れ自己修復方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のひび割れ自己修復コンクリート材料は、セメント材料、アルカリシリカ反応性物質、アルカリ金属及び細骨材を含むコンクリート材料であって、細骨材とアルカリシリカ反応性物質の含有比が質量比で８０：２０〜５０：５０であり、該アルカリ金属は、セメント材料１００質量部に対して０．５〜２．０質量部の割合で含有されることを特徴とする、ひび割れ自己修復性コンクリート材料である。
【００１０】
好適には、上記本発明のひび割れ自己修復性コンクリート材料において、粗骨材を含まない該コンクリート材料であるモルタルのＪＩＳ  Ａ  １８０４試験により得られた長さ変化率が０．０５〜０．０７％であることを特徴とする、ひび割れ自己修復性コンクリート材料である。
【００１１】
さらに好適には、上記本発明のひび割れ自己修復性コンクリート材料において、前記アルカリシリカ反応性物質は、アルカリシリカ反応性骨材又はガラスであることを特徴とする、ひび割れ自己修復性コンクリート材料である。
また更に好適には、上記本発明のひび割れ自己修復性コンクリート材料において、前記アルカリ金属は、ナトリウム及び／又はカリウムであることを特徴とする、ひび割れ自己修復性コンクリート材料である。
【００１２】
本発明のひび割れ自己修復コンクリート材料を使用したコンクリートのひび割れ自己修復方法は、前記本発明のコンクリート材料を用いたコンクリート構造物のひび割れ部に水を供給することにより、アルカリシリカ反応を生ぜしめて、これにより該ひび割れ部を自己修復することを特徴とする、ひび割れ自己修復コンクリート材料を使用したコンクリートのひび割れ自己修復方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のひび割れ自己修復性コンクリート材料は、人的な補修等を施す必要なく、発生したひび割れを自己修復することができ、コンクリート構造物の長期耐久性を高めることができる。
従って、コンクリート構造物のひび割れ等の劣化を定期的に管理して補修を行う必要もなく、補修のための特殊な装置や補修期間は不要となり、コンクリート構造物の管理が簡便となって、長期供用性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１a及び図１bは、それぞれ本発明及び本発明以外のコンクリート材料のひび割れの自己修復性を透水性により評価した一例の試験結果を示す線図である。
【図２】図２a及び図２bは、それぞれ本発明及び本発明以外のコンクリート材料のひび割れの自己修復性を透水性により評価した他の一例の試験結果を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のひび割れ自己修復コンクリート材料及び当該コンクリート材料を使用したコンクリートのひび割れ自己修復方法について以下に説明する。
本発明のひび割れ自己修復コンクリート材料は、セメント材料、アルカリシリカ反応性物質、アルカリ金属及び細骨材を含むコンクリート材料であって、細骨材とアルカリシリカ反応性物質の含有比が質量比で８０：２０〜５０：５０であり、該アルカリ金属は、セメント材料１００質量部に対して０．５〜２．０質量部の割合で含有される、コンクリート材料である。
このように所定の割合のアルカリシリカ反応性物質と所定量のアルカリ金属を併用したコンクリート材料とすることで、水の共存下で生じる前記両者の反応によって生成されるアルカリシリカゲルが、コンクリート構造物に発生したひび割れ部に充填することで、コンクリート構造物に発生したひび割れの自己修復が実現できる。
ここで、本発明においてコンクリート材料には、コンクリートのみならず、モルタルも含むものである。
【００１６】
本発明のコンクリート材料に含まれるアルカリシリカ反応性物質には、水及びアルカリ金属の共存下でアルカリシリカゲルを生成するアルカリシリカ反応性物質を使用する。
ここで、アルカリシリカ反応性物質とは、ＪＩＳ  Ａ  １１４５「骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（化学法）」、ＪＩＳ  Ａ  １１４６「骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法）」、ＪＩＳ  Ａ  １８０４「骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（迅速法）」のいずれかの試験によって、「無害でない」と判定された反応性物質をいう。
具体的には、上記いずれかの試験により「無害でない」と判定された骨材（アルカリシリカ反応骨材）及び、水とアルカリ金属の共存下でアルカリシリカゲルを生成するガラス粉末（アルカリシリカ反応性ガラス）等が例示できる。
【００１７】
当該アルカリシリカ反応性物質は、コンクリート材料中に含まれる細骨材の一部の代替材料として使用されるものであり、その代替材料としての置換率は、コンクリート材料中に含まれる細骨材の２０〜５０質量％である。
即ち、コンクリート材料中の細骨材とアルカリシリカ反応性物質との含有比が質量比で８０：２０〜５０：５０である。
かかる割合で細骨材と前記アルカリシリカ反応性物質とを含むと、コンクリート構造物に生じたひび割れを、発生するアルカリシリカゲルによって充填してひび割れ自己修復性を発現するには十分な量であるとともに、得られるコンクリート材料の流動性が低下することがないため、施工性も良好となるからである。
【００１８】
特に好ましくは、上記アルカリシリカ反応性物質は、粒径０．３ｍｍ以下とすることが望ましく、これは粒径を細かくすることで、コンクリート構造物に生じたひび割れ部にアルカリシリカ反応を確実に進行させ、またコンクリート内部へ、より均質に分散するからである。
【００１９】
また、本発明のコンクリート材料に含まれるアルカリ金属としては、特にナトリウム及び／又はカリウムを用いることができ、これはナトリウムやカリウムは、反応性骨材と反応して吸水膨張する性質を有するからであり、好適にはナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）を含む水酸化物として用い、更に好ましくは水酸化ナトリウムを使用するのが望ましい。
【００２０】
前記アルカリ金属のコンクリート材料中への配合割合は、以下のようにして決定されることが望ましい。
まず、コンクリート材料の配合材料から粗骨材を除いた各材料であって、所定量の上記アルカリシリカ反応性物質を含み、上記アルカリ金属をセメント材料１００質量部に対して０．５〜２．０質量部の割合で配合した材料を、均一に混練してモルタル試料を作製する。
【００２１】
このようにして作製した本発明のモルタル材料の長さ変化率は、ＪＩＳ  Ａ  １８０４「骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（迅速法）」に準じて測定して、長さ変化率が０．０５〜０．０７％である。
長さ変化率がかかる範囲であるとひび割れの自己修復に十分なアルカリシリカゲルが生成される。一方、長さ変化率が０．０５％未満ではひび割れの自己修復に十分なアルカリシリカゲルが生成されず、０．０７％を超えるとアルカリ骨材反応によってコンクリートもしくはモルタルに新たなひび割れが生じるため好ましくない。
【００２２】
この範囲の配合量であると、ひび割れの自己修復作用が得られ、アルカリ骨材反応による過度のアルカリシリカゲルの生成によるコンクリートの膨張を抑制して、コンクリート構造物への損傷を防止することができることとなる。
【００２３】
本発明のコンクリート材料に含有される他の材料としては、セメント材料、細骨材、粗骨材、水、必要に応じて添加される公知の各種添加材がある。
セメント材料としては、任意のセメント材料を使用することができ、例えば、普通、早強などの各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、シリカセメント及びフライアッシュセメントの各種混合セメントや、白色ポルトランドセメント及びアルミナセメント等、市場で入手できる種々のセメントを例示することができ、これらを単独で又は混合して用いることができる。
また、前記セメントには、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石粉末、石英粉末、二水石膏、半水石膏、Ｉ型及びＩＩ型及びＩＩＩ型無水石膏等の混和材を、単独でもしくは併用して、適量配合することも可能である。
【００２４】
また、細骨材としては、コンクリートに使用される細骨材であれば使用可能であり、また必要に応じて粗骨材も含むことができ、コンクリートに使用される粗骨材であれば任意のものが使用可能である。
なお、粗骨材を含まないコンクリート材料はモルタルとして用いられる、粗骨材を含む場合にはコンクリート材料として用いられる。
骨材としては、天然骨材、人工骨材何れのものを用いてもよく、天然骨材としては、川砂、山砂、海砂、陸砂、川砂利、山砂利、海砂利、火山れきなどが例示でき、また、人工骨材としては、砕砂、砕石、高炉スラグ細骨材、高炉スラグ粗骨材、人工軽量細骨材、人工軽量粗骨材、銅スラグ細骨材、フェロニッケル細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材、電気炉スラグ粗骨材、溶融スラグ細骨材、溶融スラグ粗骨材などが例示できる。
【００２５】
さらに、当該コンクリート材料には、本発明の効果を損なわない範囲で、収縮低減剤、膨張材などのコンクリート用混和材を配合することも可能である。
【００２６】
また、本発明を適用するコンクリートを調製するための混練水としての量は、使用する材料の種類や配合により変化させることができるため、一義的に決定されるものではないが、通常、水／セメント比で２５〜６０質量％が一般的な配合量である。
【００２７】
コンクリート材料は、上記アルカリシリカ反応性物質及び上記アルカリ金属を含む上記各材料を均一に配合して調製する。混合の条件、混合機の種類などに限定はなく、それぞれの材料を施工時に混合して用いてもよいし、予め、その一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
混合装置としては、既存の任意の装置が使用可能であり、例えば、パン型強制ミキサ、二軸強制練りミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、ナイタミキサ、傾動ミキサ，連続練りミキサ等公知のものを用いることができる。
【００２８】
また、本発明のコンクリートのひび割れ自己修復方法は、上記本発明のコンクリート材料を用いたコンクリート構造物のひび割れ部に水を供給することにより、アルカリシリカ反応を生ぜしめて、これにより該ひび割れ部を自己修復する方法である。
これによりアルカリシリカ反応性物質と少量のアルカリ金属を併用したコンクリート材料とすることで、水の共存下で生じる前記両者の反応によって生成されるアルカリシリカゲルが、コンクリート構造物に発生したひび割れ部に自己充填されることで、コンクリート構造物に発生したひび割れの自己修復が実現できる。
特に、ひび割れ幅が０．５ｍｍ以下のもので、継続的に水の供給が得られるコンクリート構造物であると、ひび割れの自己修復がより効果的に実現されることとなる。
【実施例】
【００２９】
本発明の次の実施例、比較例及び試験例により説明する。
（使用材料）
・セメント    ：商品名  早強ポルトランドセメント、住友大阪セメント株式会社製
・細骨材      ：陸砂
・アルカリ金属：水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）  関東化学株式会社製
：水酸化カリウム（ＫＯＨ）  関東科学株式会社製
・水          ：水道水
・アルカリシリカ反応性物質
骨材であって、アルカリシリカ反応性を示すものである。
即ち、ＪＩＳ  Ａ  １８０４の試験方法に準じて、骨材についてアルカリシリカ反応性試験を実施し、次の表１に示す結果が得られた骨材を、アルカリシリカ反応性物質として使用した。
ここで、ＪＩＳ  Ａ  １８０４の試験方法に準じたアルカリシリカ反応性試験を実施した場合、供試体の水中での煮沸前後の膨張率が０．１％以上になると「無害でない」との判定となり、その骨材はアルカリシリカ反応性を示すことになる。
また、当該アルカリシリカ反応性試験は、当該骨材供試体を３サンプル準備して、３サンプルについて実施した。その膨張率の平均値も表１に示す。
【００３０】
【表１】
2010254556.tif 000003
【００３１】
（実施例１〜９、比較例１〜１１）
上記各材料を用い、下記表２に示す配合割合で、各材料を配合して均一に混練りし、各モルタルを調製した。
【００３２】
得られたモルタルを、４×４×１６ｃｍの型枠を用いて打設し、脱型後、２０℃の水中で水中養生を実施しながら、各モルタル供試体を得た。
得られた各モルタル供試体について、ＪＩＳ  Ａ  １８０４に準じた長さ変化率の測定を行った。
その結果も表２に示す。
【００３３】
上記各モルタル供試体にひび割れをひび割れ幅０．２〜０．３ｍｍで貫通させ、このひび割れ部に沿った透水試験を実施した。
具体的には、各モルタル供試体を２０℃の水中で養生しながら、材齢７日後及び材齢２８日後に、ひび割れをそれぞれ導入した。ひび割れ部を各モルタル供試体に導入直後に、該ひび割れ部に水を０．１〜０．３ＭＰの水圧で導入して、該供試体のひび割れを導入した面に対向する下部面から透水した水の量（ひび割れ部に水を導入してから１０分以内）を測定し、得られた透水量をそれぞれ初期透水量とした。
【００３４】
該各ひび割れを導入した後も、各モルタル供試体を２０℃の水中で養生し、ひび割れ部導入より７日後、２８日後、５６日後、９１日後、１８２日後に、各モルタル供試体を水中より取り出し、該ひび割れ部に水を０．１〜０．３ＭＰの水圧で導入して、該供試体のひび割れを導入した面に対向する下部面から透水した水の量（ひび割れ部に水を導入してから１０分以内）を測定した。
【００３５】
その測定結果を図１、図２に示す。
図１ａ及び図１ｂは、それぞれ上記実施例及び比較例のひび割れをモルタル供試体材齢７日後に導入した場合の透水量の変化を示し、図２ａ及び図２ｂは、それぞれ上記実施例及び比較例のひび割れをモルタル供試体材齢２８日後に導入した場合の透水量の変化を示す。
但し、透水比は、各モルタル供試体の上記初期透水量に対する測定した透水量の比率を表したものである。
【００３６】
図１、図２から、比較例では透水比は減少するものの、その数値がゼロにはならないが、本発明の実施例では材齢の経過に伴って透水比が減少し、最終的にその数値はゼロになることがわかる。
即ち、実施例においては、アルカリシリカゲルが生成し、ひび割れ部を充填（ひび割れを自己修復）したため、透水が止まったことを意味する。
この結果も表２に示す。○は透水が止まったもの、×は透水が止まらなかったものを表す。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
上記表２より、実施例１〜９では、長さ変化率は０．０５〜０．０７％であり、比較例２〜１１では０．０５％未満もしくは０．０７％を超えるものであった。なお、比較例１のモルタルについてはアルカリシリカ反応性物質を含んでいないため、長さ変化率はほぼゼロであった。
また、比較例３、比較例４、比較例６及び比較例７のようにアルカリ金属を多量に添加すると、アルカリシリカ反応の膨張によってひび割れ幅が増大するため、ひび割れ部の止水性が得られない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、各種コンクリート構造物に適用することができ、建築分野のみならず土木分野等におけるコンクリート構造物、特に水の供給が継続的に可能であるコンクリート構造物に好適に適用することが可能となる。
【図１】
2010254556.tif 000005
【図２】
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